中國科學家的深邃思考：如何在月亮上蓋房子

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首屆地外建造學術研討會會場。李思輝攝

丁烈云院士作報告。李思輝攝

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周建平院士作報告。李思輝攝

于登云院士作報告。李思輝攝

“在月球上蓋房子，真的遙不可及嗎？或許在不久的未來，會有一群‘中國超級泥瓦匠’為人類在月球建起科研站。”4月8日，首屆地外建造學術研討會在位于武漢的華中科技大學舉行。中國工程院院士、中國載人航天工程總設計師周建平等眾多專家學者圍繞“如何在月亮上蓋房子”展開熱烈討論。

“像搭‘樂高"一樣在月球上搭房子”

深邃的太空引發人類無窮向往，作為人類唯一抵達過的地外天體，月球一直是科學家研究的重要對象。雖然此前國際上也有少量關于月面建造的論文，但從公開的報道看，目前這一研究還很前沿，專門以“地外建造”為主題的大規模學術會議在世界范圍內并不多見。中國科學家何以率先發起這樣的研討會？

首屆地外建造學術研討會發起人、中國工程院院士、國家數字建造技術創新中心首席科學家丁烈云在接受《中國科學報》專訪時表示，地外建造現在似乎有點遙不可及，但它是人類科學技術進步的探索需要、航天強國的戰略需要。發起并舉辦“首屆地外建造學術研討會”這方面的學術會議，目的就是以跨學科的交叉創新交流，形成推進地外建造的共識和思路。

據悉，2015年，專注于智能建造研究的丁烈云院士從建筑3D打印中得到啟發，開始帶領團隊從事月面基地建造研究。目前，國外建造月面基地的技術思路是高能束3D打印，存在大尺寸結構一次性成型困難、耗能大等問題。華中科大團隊借鑒中國傳統砌筑和榫卯連接方式，將中國傳統制磚砌筑的建造方法與3D打印建造方法相結合，利用月壤燒出帶有榫卯結構的月壤磚，再用機器人砌筑，“像搭樂高一樣”在月球上搭房子，不僅可以搭建出較大尺寸的月面建筑結構，而且能耗和代價更低。

丁烈云介紹，和傳統建造不一樣，地外建造需要面對復雜得多的問題和挑戰。以月球為例，在月球上實施建造，首先必須克服極端環境的考驗。比如月球處于超高真空環境，并且存在三四百攝氏度的大溫變，傳統的土木建造方式幾乎無法實施、結構穩定性也無法保證。

其次，“運輸一瓶礦泉水重量的材料去月球要花費20萬美元”的高昂成本，意味著建造所必須的鋼筋、混凝土、水等材料不可能都從地球上“外帶”，只能盡可能利用月球上的天然月壤材料進行原位建造。

再者，每年約1000次2-3級的月震，宇宙射線的強輻射、太陽風、微隕石沖擊、月面復雜形貌與地質等等，都讓月面原位建造成為極端復雜且涉及多學科交叉的超級工程。

“‘從0到1’未必立竿見影，但往往意義不凡”

“我們如何在極端嚴酷的月球環境和既有地月關系條件下，充分利用月球原位資源，結合地面成熟的建造技術，創新構建月球人機協同建造體系，實現月面建造智能化實施？”中國科學院院士，中國探月工程四期總設計師于登云從月面建造“是什么”“為什么”“做什么”三個方面，提出對未來月面建造的思考。

他在接受《中國科學報》采訪時表示，我國的探月工程目前主要是無人探測，從2003年開始起步，分為三步走，第一步是繞月探測，第二步是著陸巡視探測，第三步是無人采樣返回。這三步，中國在2020年以前就如期實現了。但這遠遠不能滿足人類對月球科學認知和資源利用的需求，因此我們還將持續開展更深層次的探測活動。于是就有了現在的探月四期工程。探月四期工程的主要目標是在月球南極建立一個科研站的基本型，開展對月球科學的深化研究和月球資源就位利用技術試驗。

他介紹，目前，探月四期工程正在穩步推進中。嫦娥六號擬于2025年前后發射，并在月球背面軟著陸，開展著陸區的現場調查分析與月背首次無人采樣返回任務，將獲取世界首份月球背面月壤樣品。嫦娥七號將于2026年前后發射，包括月球軌道器、著陸器、巡視器及飛躍器等，著陸區選址在月球南緯85°以上的南極-艾特肯盆地區域，擬實現對極區永久陰影坑水冰原位證認等科學目標。嫦娥八號擬于2028年前后發射，擬開展月球資源原位利用及關鍵技術先導驗證，可與嫦娥七號組成我國月球南極的科研站基本型。

于登云表示，在月面進行建筑建造，是長期探月的需要，將來肯定能夠實現，但僅就目前的研究基礎看，短期內可能還比較困難。真正實現“在月亮上蓋房子”的目標，也許還需要20年、30年，甚至更長時間。這項研究可能無法立竿見影，但在這個階段，開展跨學科交流、探討、合作，非常必要。

他進一步分析認為，人類對未知領域的科學探索往往是一個“從0到1”的過程，大膽假設、小心求證、不斷探索、不斷積累、靈機一動，往往是突破重大科學難題需要經歷的過程。從長遠看，在月球表面開展建筑建造研究，早晚都是要做的。盡早著手這項研究工作，更好地認識它的關鍵問題、核心困難所在，不斷激發科學研究人員、青年學生的研究興趣，不斷積累經驗和技術非常必要，意義不凡。

“‘一本正經’地探討遙遠問題也是一種科學態度”

《中國科學報》記者從研討會上獲悉，目前丁烈云院士團隊已制備出國內首個模擬月壤真空燒結打印樣品，實現“從0到1”的突破。

將月面建筑命名為“月壺尊”，將完成砌筑拼裝建造工作的機器人命名為“中國超級泥瓦匠”，將用于月球表面原位資源3D打印的機器人命名為“月蜘蛛”……“為關鍵技術起一個個可愛的、富有中國特色的名字，意在為人類和平利用太空、推動建構人類命運共同體貢獻更多中國智慧、中國方案、中國力量。”丁烈云說。

不過，丁烈云也坦言，目前該團隊的研究還處于模擬環境下的實驗階段，而且因為月球的重力只有地球的六分之一，實驗模擬非常困難，還需要掌握更多模擬極端環境下的實驗數據和結果，因此必須進一步深入開展研究。

于登云也告訴《中國科學報》記者，以往大家都知道月球晝夜溫差很大，但對溫差到底有多大缺乏精確數據。我國探測掌握的最新數據是，月球白天最高溫度在120度左右，夜晚溫度大概在零下200度左右，因此月晝和月夜溫差大概在300度左右，超過此前的估計。如此之大的溫差給月面建造帶來了極大挑戰。

何時能實現在月球上“蓋房子”？與會院士專家普遍認為，那還需要經歷一個科學家群體不斷“上下求索”的過程，未必在一代科學家身上就能實現。但是，以跨學科交流，推動各相關領域科學家凝聚共識，共同解決難題、應對各種挑戰顯然是必須要做的工作。